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高三化学教案:《化学计算的常用方法》教学设计

来源:学科网 2018-11-12 17:49:58

科目

化学

课题

化学计算的常用方法

课型

新授

教师

 

课时

1课时

时间

 

三维目标

1. 掌握化学计算中的常用方法和技巧。

2. 强化基本计算技能,提高速算巧解能力和数学计算方法的运用能力。

重、难点知识

重点:

化学计算中的常用方法和技巧。

难点:

化学计算中的常用方法和技巧。

重点知识预习设计

1、 化学计算常用的方法

2、 练习册P24-25

考纲研究(课标研究)

 

 

 

 

 

 

 

考情分析

(2017·常州模拟)在硫酸钠和硫酸铝的混合溶液中,Al3+的物质的量浓度为0.2 mol·L-1,       为0.4 mol·L-1,溶液中Na+的物质的量浓度为 

A.0.1 mol·L-1  B.0.2 mol·L-1 

C.0.3 mol·L-1  D.0.4 mol·L-1 

 

 

解析 在任何溶液中,阳离子所带的正电荷总数等于阴离子所带的负电荷总数,则有3c(Al3+)+c(Na+)=2c(         ),解得c(Na+)=0.2 mol·L-1。 

 

本课时知识体系构建

题型一:差量法的应用

题型二:守恒法的应用

题型三:关系式法的应用

题型四:平均值法的应用

题型五:极端假设法的应用

题型六:讨论法的应用

 

 

 

 

教师授课及学生学习过程

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

教师

授课

及学

生学

习过

 

 

 

 

 

 

 

教学过程课堂活动、反思、评价

【经典题型】

题型一:差量法的应用

【例1】10毫升某气态烃在80毫升氧气中完全燃烧后,恢复到原来状况(1.01×105Pa , 270C)时,测得气体体积为70毫升,求此烃的分子式。

【点拨】原混和气体总体积为90毫升,反应后为70毫升,体积减少了20毫升。剩余气体应该是生成的二氧化碳和过量的氧气,下面可以利用差量法进行有关计算。

        CxHy + (x+)O2       xCO2 + H2O      体积减少

1                                                                                1+

10                                                                                 20

    计算可得y=4 ,烃的分子式为C3H4或C2H4或CH4

【规律总结】

差量法是根据物质变化前后某种量发生变化的化学方程式或关系式,找出所谓“理论差量”,这个差量可以是质量差、气态物质的体积差、压强差,也可以是物质的量之差、反应过程中的热量差等。该法适用于解答混合物间的反应,且反应前后存在上述差量的反应体系。

【巩固】

1、现有KCl、KBr的混合物3.87g,将混合物全部溶解于水,并加入过量的AgNO3溶液,充分反应后产生6.63g沉淀物,则原混合物中钾元素的质量分数为

A.0.241               B.0.259             C.0.403          D.0.487

题型二:守恒法的应用

【例2】Cu、Cu2O和CuO组成的混合物,加入100Ml0.6mol/LHNO3溶液恰好使混合物溶解,同时收集到224mLNO气体(标准状况)。求:

(1) 写出Cu2O跟稀硝酸反应的离子方程式。

(2) 产物中硝酸铜的物质的量。

(3) 如混合物中含0.01moLCu,则其中Cu2O、CuO的物质的量分别为多少?

(4) 如混合物中Cu的物质的量为X,求其中Cu2O、CuO的物质的量及X的取值范围。

【点拨】本题为混合物的计算,若建立方程组求解,则解题过程较为繁琐。若抓住反应的始态和终态利用守恒关系进行求解,则可达到化繁为简的目的。

(1) 利用电子守恒进行配平。3Cu2O+14HNO3==6Cu(NO3)2 + 2NO↑+7H2O

(2) 利用N原子守恒。n(HNO3)== 0.06mol,n(NO)== 0.01mol,

则n(Cu(NO3)2)==(0.06-0.01)/2=0.025mol

(3) 本题混合物中虽含有Cu、Cu2O和CuO三种物质,但参加氧化还原反应的只有 Cu、Cu2O,所以利用电子守恒可直接求解。

转移电子总数:n(e-)= n(NO)×3==0.03mol

Cu提供电子数:0.01×2=0.02mol

Cu2O提供电子数:0.03-0.02=0.01mol  n(Cu2O)=0.01/2=0.005mol

n(CuO)=0.0025-0.01-0.005×2=0.005mol

(4) 根据(3)解法可得n(Cu2O)=0.015-Xmol  n(CuO)=X-0.005mol。根据电子守恒进行极端假设:若电子全由Cu提供则n(Cu)=0.015mol;若电子全由Cu2O提供则n(Cu2O)=0.015mol,则n(Cu2+)==0.03mol大于了0.025mol,说明n(Cu)不等于0,另根据n(CuO)=X-0.005mol要大于0可得n(Cu)>0.005mol。所以0.005mol < n(Cu)<0.015mol。

【规律总结】

化学反应的实质是原子间重新组合,依据质量守恒定律在化学反应中存在一系列守恒现象,如:质量守恒、元素守恒、电荷守恒、电子得失守恒等,利用这些守恒关系解题的方法叫做守恒法。质量守恒就是化学反应前后各物质的质量总和不变,在配制或稀释溶液的过程中,溶质的质量不变。元素守恒即反应前后各元素种类不变,各元素原子个数不变,其物质的量、质量也不变。电荷守恒即对任一电中性的体系,如化合物、混和物、溶液等,电荷的代数和为零,即正电荷总数和负电荷总数相等。电子得失守恒是指在发生氧化—还原反应时,氧化剂得到的电子数一定等于还原剂失去的电子数,无论是自发进行的氧化—还原反应还是原电池或电解池中均如此。

【巩固】

2、碳酸铜和碱式碳酸铜均可溶于盐酸,转化为氯化铜。在高温下这两种化合物均能分解成氧化铜。溶解28.4g上述混合物,消耗1mol/L盐酸500mL。燃烧等质量的上述混合物,得到氧化铜的质量是

A.35g            B.30 g         C.20 g         D.15 g         

题型三:关系式法的应用

【例3】为了预防碘缺乏病,国家规定每千克食盐中应含有40~50毫克的碘酸钾。为检验某种食盐是否为加碘的合格食盐,某同学取食盐样品428克,设法溶解出其中全部的碘酸钾。将溶液酸化并加入足量的碘化钾淀粉溶液,溶液呈蓝色,再用0.030mol/L的硫代硫酸钠溶液滴定,用去18.00mL时蓝色刚好褪去。试通过计算说明该加碘食盐是否为合格产品。有关反应如下:

IO3-+5I-+6 H+→3I2+3H2O

I2+2S2O32-→2I-+S4O62-

【点拨】本题为多步反应的计算,可根据反应方程式直接建立IO3-和S2O32-的关系式进行求解。

解: 6S2O32-       -------    IO3-

               6mol                1mol

0.030mol/L×18.00mL×10-3      n

                  n(I2)==0.09×10-3mol

每千克食盐中含KIO3:

∴该加碘食盐是合格的

【规律总结】

实际化工生产中以及化学工作者进行科学研究时,往往涉及到多步反应:从原料到产品可能要经过若干步反应;测定某一物质的含量可能要经过若干步中间过程。对于多步反应体系,依据若干化学反应方程式,找出起始物质与最终物质的量的关系,并据此列比例式进行计算求解方法,称为“关系式”法。利用关系式法可以节省不必要的中间运算步骤,避免计算错误,并能迅速准确地获得结果。用关系式解题的关键是建立关系式,建立关系式的方法主要有:1、利用微粒守恒关系建立关系式,2、利用方程式中的化学计量数间的关系建立关系式,3、利用方程式的加合建立关系式。

【巩固】

3、已知脊椎动物的骨骼中含有磷。以下是测定动物骨灰中磷元素含量的实验方法。称取某动物骨灰样品0.103 g,用硝酸处理,使磷转化成磷酸根。再加入某试剂,使磷酸根又转化成沉淀。沉淀经灼烧后得到组成为P2Mo24O77的固体(其式量以3.60 ×103计)0.504 g。试由上述数据计算该骨灰样品中磷的质量分数。(磷的相对原子质量以31.0 计。)

题型四:平均值法的应用

【例4】由锌、铁、铝、镁四种金属中的两种组成的混和物10克,与足量的盐酸反应产生的氢气在标准状况下为11.2升,则混和物中一定含有的金属是
  A.锌B.铁C.铝D.镁

【点拨】本题利用平均摩尔电子质量求解,据10克金属与足量的盐酸反应产生的氢气在标准状况下为11.2升可得金属平均摩尔电子质量为10g/mol。四种金属的摩尔电子质量分别为:Zn:32.5g/mol、Fe:28g/mol、Al:9g/mol、Mg:12g/mol,其中只有Al的摩尔电子质量小于10g/mol,故答案为C。

【规律总结】

所谓平均值法是一种将数学平均原理应用于化学计算的解题方法。它所依据的数学原理是:两个数Mr1和Mr2(Mr1大于Mr2)的算术平均值Mr,一定介于两者之间。所以,只要求出平均值Mr,就可以判断出Mr1和Mr2的取值范围,再结合题给条件即可迅速求出正确答案。常见方法有:求平均原子量、平均式量、平均摩尔电子质量、平均组成等。

【巩固】

4、由10g含有杂质的CaCO3和足量的盐酸反应,产生CO20.1mol,则此样品中可能含有的杂质是

A.KHCO3和MgCO3          B.MgCO3和SiO2       

C.K2CO3和SiO2             D.无法计算

题型五:极端假设法的应用

【例5】将一定质量的Mg、Zn、Al混合物与足量稀H2SO4反应,生成H2 2.8 L(标准状况),原混合物的质量可能是

A.2 g      B.4 g      C.8 g      D.10 g

【点拨】本题给出的数据不足,故不能求出每一种金属的质量只能确定取值范围。三种金属中产生等量的氢气质量最大的为锌,质量最小的为铝。故假设金属全部为锌可求的金属质量为8.125g,假设金属全部为铝可求的金属质量为2.25g,金属实际质量应在2.25g ~~8.125g之间。故答案为B、C。

【规律总结】

“极端假设法”是用数学方法解决化学问题的常用方法,一般解答有关混合物计算时采用,可分别假设原混合物是某一纯净物,进行计算,确定最大值、最小值,再进行分析、讨论、得出结论。

【巩固】

5、0.03mol铜完全溶于硝酸,产生氮的氧化物NO、NO2、N2O4混合气体共0.05mol。该混合气体的平均相对分子质量可能是

A.30       B.46       C.50       D.66

题型六:讨论法的应用

【例6】向300mL KOH溶液中缓慢通入一定量的CO2气体,充分反应后,在减压低温下蒸发溶液,得到白色固体。请回答下列问题:

(1)由于CO2通入量不同,所得到的白色固体的组成也不同,试推断有几种可能的组成,并分别列出。

(2)若通入CO2气体为2.24L(标准状况下),得到11.9g的白色团体。请通过计算确定此白色固体是由哪些物质组成的,其质量各为多少?所用的KOH溶液的物质的量浓度为多少

【点拨】(1)由于CO2和KOH反应时物质的量之比不同则产物不同,故可根据CO2和KOH反应时物质的量之比对产物进行讨论。由:①CO2+2KOH=K2CO3+H2O  ②CO2+KOH=KHCO3可知n(CO2)/n(KOH)=1/2时产物为K2CO3,n(CO2)/n(KOH)=1时产物为KHCO3,所以n(CO2)/n(KOH)<1/2时,KOH 过量则产物为K2CO3+KOH ; 1/2< n(CO2)/n(KOH)<1时,对于①反应来说二氧化碳过量而对于②反应来说二氧化碳量不足,所以产物为K2CO3+KHCO3 ;n(CO2)/n(KOH)>1时,二氧化碳过量,则固体产物为KHCO3。答案为:①K2CO3+KOH  ②K2CO3  ③K2CO3+KHCO3  ④KHCO3

(2)由:①CO2+2KOH=K2CO3+H2O  ②CO2+KOH=KHCO3

 22.4L(标态)    138g         22.4L(标态)   100g

   2.24L(标态)    13.8g        2.24L(标态)    10.0g 

∵  13.8g>11.9g>10.0g

∴ 得到的白色固体是 K2CO3和KHCO3的混合物。

设白色固体中 K2CO3 x mol,KHCO3 y mol,即

①CO2+2KOH=K2CO3+H2O  ②CO2+KOH=KHCO3

 x mol  2x mol x mol           y mol y mol  y mol

  x mol+y mol=2.24L/22.4mol•L—1=0.100 mol  (CO2)

138g•mol—1 × x mol 100 g•mol—1 × y mol=11.9g  (白色固体)

解此方程组,得

        x=0.0500mol   (K2CO3)

        y=0.0500mol   (KHCO3)

∴ 白色固体中 ,K2CO3 质量为 138g•mol—1 × 0.0500mol=6.90g

KHCO3质量为 100 g•mol—1 ×0.0500mol=5.00g

消耗 KOH 物质的量为

 2x mol+y mol=2×0.0500mol+0.0500mol=0.150mol

∴所用 KOH 溶液物质的量浓度为

0.150mol/0.300L = 0.500 mol•L—1

【规律总结】

有一类化学计算题,由于某一条件的不确定,结果可能是两个或两个以上,也可能在某个范围内取值,这类题需要用讨论的方法求解。常见的类型:1、讨论反应发生的程度;2、讨论反应物是否过量;3、讨论反应物或生成物的组成范围;4、讨论不定方程的解。

【巩固】

6、常温下盛有10ml NO2和10 ml NO 组成的混合气体的大试管倒立于水中,当向其中缓缓通入O2一段时间后,试管内残留有2mL气体,则通入O2的体积可能为多少升?

 


重点知识考查、题型研究与归类

2.(2018·扬州质检)某硫酸铝和硫酸镁的混合液中,c(Mg2+)=2 mol·L-1,c(       )=6.5 mol·L-1,若将200 mL的此混合液中的Mg2+和Al3+分离,至少应加入1.6 mol·L-1的氢氧化钠溶液 

A.0.5 L  B.1.625 L 

C.1.8 L  D.2 L 

 

答题技巧归类

解析 根据电荷守恒得: 

拓展 模拟、课后练习

1.密度为1.45g/cm3的硫酸溶液中,逐滴加入BaCl2溶液,直到沉淀完全为止,已知沉淀的质量与原硫酸溶液相等,则原硫酸溶液的浓度为

A.29.6%      B.42.1%      C.14.8mol/L       D.6.22mol/L

2.在MgCl2、KCl、K2SO4三种盐的混合溶液中,若K+、Cl-各为1.5mol,Mg2+为0.5mol,则SO42-的物质的量为

A.0.1mol     B.0.5mol      C.0.15mol      D.0.25mol

3.将3.20gCu跟30.0mL10.0mol/L的硝酸反应,产物只有NO和NO2。若反应后溶液中有a mol H+,则此时溶液中含有NO3-离子的物质的量为

A.a/2 mol        B.2a mol        C.0.1a mol      D.(a+0.1) mol

4.在一定条件下,合成氨反应达到平衡后,混合气体中氨气的体积分数为0.25。若反应前后条件不变,则反应后缩小的气体体积与原反应物的体积比值是

A.1/5                 B.1/4               C.1/3            D.1/2 

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